211service.com
En smartare typ av krocktestdocka
En person dör i en trafikolycka var 25:e sekund, enligt uppskattningar från Världshälsoorganisationen. Krocktestdockor med accelerometrar, kraftsensorer och töjningsmätare har hjälpt biltillverkare att hålla dödssiffran från att stiga.
Forskare vid Wake Forest University tror dock att skyltdockorna kan ha nått gränserna för deras användbarhet. Under de senaste fem åren har forskarna kört tusentals virtuella kraschsimuleringar, var och en med hjälp av data hämtade från verkliga exempel, genom en superdator. Genom att simulera verkliga krascher kan vi studera effekten av fordonsdesignparametrar, säkerhetsfunktioner och passagerarfaktorer och föreslå lösningar som skulle förhindra och mildra passagerarnas skador, säger Ashley Weaver, biträdande professor i biomedicinsk teknik vid universitetet och en nyckelmedlem av forskargruppen.
Det är ingen ny idé: på 1930-talet var forskare banbrytande för liknande tester på mänskliga kadaver. Senare har frivilliga som t.ex John Paul Stapp erbjöd sig att vara levande försökspersoner i blygsamma slagtester, medan forskarlag rutinmässigt använde levande grisar för att testa effekterna av allvarligare kollisioner.
Antropomorfa testanordningar, eftersom dessa olycksdrabbade skyltdockor är mer kända i branschen, ger data om cirka 20 punkter på kroppen. Digitala simuleringar som den som designats av Wake Forest-teamet tillåter däremot forskare att undersöka effekterna av en krasch i mycket högre grad och testa en mängd olika kroppsformer och storlekar och olika kroppspositioner i kollisionsögonblicket. Wake Forest-modellen kan kvantifiera risken för benfrakturer och skador på mjukvävnad och organ, skador som inte förklaras av krocktestdockor.
Uppgifterna visar sig vara ovärderliga för biltillverkarna. Digitala krockdockor [låter oss] bestämma de bästa metoderna för att modifiera fordonschassier, interiörer, säten, nackstöd, säkerhetsbälten, bindestreck och aktiva säkerhetssystem, såsom krockkuddar, för att förbättra säkerheten mycket tidigt i fordonets designprocess, säger Bill Veenhuis, ingenjör på Nvidia, som tillhandahåller kommersiell hårdvara för krocksimuleringar till mer än ett dussin biltillverkare.
Arbetet kan spara pengar såväl som liv. Att räkna ut säkerhetsförbättringar inför tillverkning av plåt och andra delar minskar kostnaderna senare i designfasen. Att testa med faktiska krockdockor blir då en metod för att validera de digitala krockdockor, istället för att upptäcka energier och deformationer väldigt sent i fordonskonstruktionsprocessen, säger Veenhuis. Amerikanska fordon måste uppfylla federala standarder på 35 olika tester för att säkerställa tillräckligt skydd vid front- eller sidokollisioner. Ju mer exakt simuleringen är, desto större är chansen att biltillverkaren klarar de dyra livekrocktesterna första gången.
Weavers forskning, som har sponsrats av Toyota, skiljer sig från nuvarande kommersiella tillämpningar genom att dess data är baserad på detaljerade fordons-, scen- och medicinska data hämtade från en databas med skadeforskning. Med hjälp av en avancerad digital modell som innehåller inte mindre än 1,8 miljoner element som kombineras för att exakt återge den mänskliga formen, från exakt benstyrka till strukturen av organ, och som kan förutsäga skador på både mjuk- och benvävnad, körde teamet simuleringar tills modellen exakt efterliknade effekterna av olika krascher på verkliga kraschoffer. Sådant komplicerat arbete är endast möjligt tack vare den senaste utvecklingen av datorhårdvarustyrka och effektivitet. För två decennier sedan tog en analys av en bilolycka som involverade en digital krockdocka två veckor att lösa, säger Veenhuis. Idag kan vi köra en typisk frontkollisionsstudie över en natt.
Ändå, som med vilken modell som helst, krävde arbetet flera förenklingar och antaganden, förklarar Weaver. Till exempel var teamet tvunget att använda ett generiskt fordon i en storlek som passar alla i simuleringarna, eftersom det inte finns tillräckligt med data i olika fordons offentliga område. Och även om modellen kan simulera effekterna av en krasch på olika människokroppsstorlekar och upp till 140 olika positioner, kan den för närvarande inte anpassa resultaten efter en passagerares ålder eller hälsa.
Ändå är Weaver övertygad om att forskningen i slutändan kommer att rädda liv och minska svårighetsgraden av skador på både ben och organ. Min förhoppning är att forskningen ska ge en kostnadseffektiv lösning för att utvärdera nya och befintliga fordonssäkerhetsfunktioner, säger hon.